一、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)入門指南之計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

1.1 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)形成的原因：

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是個復(fù)雜的系統(tǒng)，現(xiàn)舉一個最簡單的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用例子：兩個連接在網(wǎng)絡(luò)上的計算機(jī)要傳送文件，首先要在兩個計算機(jī)之間建立一條通路，之后還有以下工作要做：
1）兩個計算機(jī)先通過指令通信保證數(shù)據(jù)能在這兩臺計算上正確的發(fā)送和接收
2）要告訴網(wǎng)絡(luò)如何接收數(shù)據(jù)
3）發(fā)起通信的計算機(jī)要保證對方計算機(jī)是否可以通信
4）發(fā)起通信的計算機(jī)必須弄清楚對方計算機(jī)中的文件管理程序是否已經(jīng)做好接收文件和儲存文件的準(zhǔn)備
5）若傳輸過程中出現(xiàn)差錯，應(yīng)有可靠的方式保證接收方能夠最終接收到正確的數(shù)據(jù)
由上可以看出，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在實(shí)現(xiàn)過程中有非常多的細(xì)節(jié)需要考慮，為了解決這些問題，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計者提出了分層的概念，將問題分為不同的部分，逐個解決。

1.2 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史

IBM最早提出了一種計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，即系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)（System Network Architecture）這一結(jié)構(gòu)一直被IBM沿用至今
之后其他公司也相繼提出了自己公司不同名稱的體系結(jié)構(gòu)
國際化標(biāo)準(zhǔn)組織ISO于1977年提出了著名的開放系統(tǒng)互連基本參考模型（Open Systems Interconnection Reference Model），簡稱OSI，它將計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分為七層，故又稱作七層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)

OSI標(biāo)準(zhǔn)提出后一些大公司和政府紛紛表示支持，但是多年過去后OSI標(biāo)準(zhǔn)由于太過復(fù)雜和沒有考慮市場情況而被淘汰，當(dāng)今最大的覆蓋全世界的因特網(wǎng)并沒有使用OSI標(biāo)準(zhǔn)。OSI的失敗原因主要是制定OSI的人是學(xué)術(shù)界專家，他們在制定OSI時完全沒有考慮市場情況導(dǎo)致沒有人愿意使用OSI

現(xiàn)在我們使用的網(wǎng)絡(luò)都使用的是TCP/IP體系結(jié)構(gòu)，TCP/IP體系結(jié)構(gòu)是由商業(yè)公司制定的，由于其很好的迎合了市場的需求而被大規(guī)模廣泛的應(yīng)用，TCP/IP體系結(jié)構(gòu)只有四層，簡單使用

二.計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的各個層次

在過去的幾十年中各個公司和組織提出了很多計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型，每種模型都將計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)劃分成了不同的層次，其中有影響力的兩個便是OSI模型和TCP/IP模型，OSI將計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)劃分為七層，TCP/IP模型將計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)劃分為四層。由于標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一不好進(jìn)行計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系層次的學(xué)習(xí)，所以教學(xué)中一般都將OSI和TCP/IP進(jìn)行了結(jié)和折中，教五個層次，分別為：應(yīng)用層，運(yùn)輸層，網(wǎng)絡(luò)層，數(shù)據(jù)鏈路層，物理層

OSI，TCP/IP，五層協(xié)議對比：

2.1 應(yīng)用層：

應(yīng)用層簡介：

網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層是通信用戶之間的窗口，為用戶提供網(wǎng)絡(luò)管理、文件傳輸、事務(wù)處理等服務(wù)。其中包含了若干個獨(dú)立的、用戶通用的服務(wù)協(xié)議模塊。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層是OSI的最高層，為網(wǎng)絡(luò)用戶之間的通信提供專用的程序。應(yīng)用層的內(nèi)容主要取決于用戶的各自需要，這一層設(shè)計的主要問題是分布數(shù)據(jù)庫、分布計算技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和分布操作系統(tǒng)、遠(yuǎn)程文件傳輸、電子郵件、終端電話及遠(yuǎn)程作業(yè)登錄與控制等。至2011年應(yīng)用層在國際上沒有完整的標(biāo)準(zhǔn)，是一個范圍很廣的研究領(lǐng)域。在OSI的7個層次中，應(yīng)用層是最復(fù)雜的，所包含的應(yīng)用層協(xié)議也最多，有些還在研究和開發(fā)之中
應(yīng)用層協(xié)議的代表包括：Telnet、FTP、HTTP、SNMP、DNS等。

應(yīng)用層主要功能：

應(yīng)用層為操作系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序提供訪問網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的接口

2.2 運(yùn)輸層：

運(yùn)輸層簡介：

運(yùn)輸層建立在網(wǎng)絡(luò)層和會話層之間，實(shí)質(zhì)上它是網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中高低層之間銜接的一個接口層。用一個尋址機(jī)制來標(biāo)識一個特定的應(yīng)用程序（端口號）。運(yùn)輸層不僅是一個單獨(dú)的結(jié)構(gòu)層，它還是整個分層體系協(xié)議的核心，沒有運(yùn)輸層整個分層協(xié)議就沒有意義。運(yùn)輸層的數(shù)據(jù)單元是由數(shù)據(jù)組織成的數(shù)據(jù)段（segment）這個層負(fù)責(zé)獲取全部信息，因此，它必須跟蹤數(shù)據(jù)單元碎片、亂序到達(dá)的數(shù)據(jù)包和其它在傳輸過程中可能發(fā)生的危險
運(yùn)輸層為上層提供端到端（最終用戶到最終用戶）的透明的、可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，所謂透明的傳輸是指在通信過程中運(yùn)輸層對上層屏蔽了通信傳輸系統(tǒng)的具體細(xì)節(jié)
運(yùn)輸層協(xié)議主要是：傳輸控制協(xié)議TCP(Transmission Control Protocol）和用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP(User Datagram protocol）。

運(yùn)輸層的主要功能:

一、格式化信息流
二、提供可靠傳輸，為實(shí)現(xiàn)可靠傳輸，傳輸層協(xié)議規(guī)定接收端必須發(fā)回確認(rèn)，并且假如分組丟失，必須重新發(fā)送，即耳熟能詳?shù)摹叭挝帐帧边^程，從而提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸。

2.3 網(wǎng)絡(luò)層：

網(wǎng)絡(luò)層簡介：

網(wǎng)絡(luò)層也稱通信子網(wǎng)層，是高層協(xié)議之間的界面層，用于控制通信子網(wǎng)的操作，是通信子網(wǎng)與資源子網(wǎng)的接口。在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行通信的兩個計算機(jī)之間可能會經(jīng)過很多個數(shù)據(jù)鏈路，也可能還要經(jīng)過很多通信子網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)層的任務(wù)就是選擇合適的網(wǎng)間路由和交換結(jié)點(diǎn)，確保數(shù)據(jù)及時傳送。網(wǎng)絡(luò)層將解封裝數(shù)據(jù)鏈路層收到的幀，提取數(shù)據(jù)包，包中封裝有網(wǎng)絡(luò)層包頭，其中含有邏輯地址信息源站點(diǎn)和目的站點(diǎn)地址的網(wǎng)絡(luò)地址
IP是第三層問題的一部分，此外還有一些路由協(xié)議和地址解析協(xié)議（ARP）。有關(guān)路由的一切事情都在第三層處理。地址解析和路由是三層的重要目的。網(wǎng)絡(luò)層還可以實(shí)現(xiàn)擁塞控制、網(wǎng)際互連、信息包順序控制及網(wǎng)絡(luò)記賬等功能
在網(wǎng)絡(luò)層交換的數(shù)據(jù)單元的單位是分割和重新組合數(shù)據(jù)包（packet）
網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的代表包括：IP、IPX、OSPF等

網(wǎng)絡(luò)層主要功能：

網(wǎng)絡(luò)層主要功能是基于網(wǎng)絡(luò)層地址（IP地址）進(jìn)行不同網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)間的路徑選擇。
網(wǎng)絡(luò)層為建立網(wǎng)絡(luò)連接和為上層提供服務(wù)，應(yīng)具備以下主要功能：
一.路由選擇和中繼
二.激活，終止網(wǎng)絡(luò)連接
三.差錯檢測與恢復(fù)
四.排序，流量控制

數(shù)據(jù)鏈路層的典型設(shè)備：

網(wǎng)關(guān)、路由器

2.4 數(shù)據(jù)鏈路層：

數(shù)據(jù)鏈路層簡介：

在物理層提供比特流服務(wù)的基礎(chǔ)上，將比特信息封裝成數(shù)據(jù)幀（Frame），起到在物理層上建立、撤銷、標(biāo)識邏輯鏈接和鏈路復(fù)用以及差錯校驗(yàn)等功能。通過使用接收系統(tǒng)的硬件地址或物理地址來尋址。建立相鄰結(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)鏈路，通過差錯控制提供數(shù)據(jù)幀（Frame）在信道上無差錯的傳輸，同時為其上面的網(wǎng)絡(luò)層提供有效的服務(wù)。數(shù)據(jù)鏈路層在不可靠的物理介質(zhì)上提供可靠的傳輸。該層的作用包括：物理地址尋址、數(shù)據(jù)的成幀、流量控制、數(shù)據(jù)的檢錯、重發(fā)等。
數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的代表包括：SDLC、HDLC、PPP、STP、幀中繼等。

數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能：

1）鏈路層的功能是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)實(shí)體間二進(jìn)制信息塊的正確傳輸
2）為網(wǎng)絡(luò)層提供可靠無錯誤的數(shù)據(jù)信息
3）在數(shù)據(jù)鏈路中解決信息模式、操作模式、差錯控制、流量控制、信息交換過程和通信控制規(guī)程的問題
4）為網(wǎng)絡(luò)層提供數(shù)據(jù)傳送服務(wù)，這種服務(wù)要依靠本層具備的功能來實(shí)現(xiàn)。鏈路層應(yīng)具備如下功能：
一.鏈路連接的建立，拆除，分離
二.幀定界和幀同步。鏈路層的數(shù)據(jù)傳輸單元是幀，協(xié)議不同，幀的長短和界面也有差別，但無論如何必須對幀進(jìn)行定界
三.順序控制，指對幀的收發(fā)順序的控制
四.差錯檢測和恢復(fù)。還有鏈路標(biāo)識，流量控制等等。差錯檢測多用方陣碼校驗(yàn)和循環(huán)碼校驗(yàn)來檢測信道上數(shù)據(jù)的誤碼，而幀丟失等用序號檢測。各種錯誤的恢復(fù)則常靠反饋重發(fā)技術(shù)來完成

數(shù)據(jù)鏈路層的典型設(shè)備：

二層交換機(jī)、網(wǎng)橋、網(wǎng)卡

2.5 物理層：

物理層簡介：

物理層是OSI分層結(jié)構(gòu)體系中最重要、最基礎(chǔ)的一層，它建立在傳輸媒介基礎(chǔ)上，起建立、維護(hù)和取消物理連接作用，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的物理接口。物理層之接收和發(fā)送一串比特(bit)流，不考慮信息的意義和信息結(jié)構(gòu)。物理層包括對連接到網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備描述其各種機(jī)械的、電氣的、功能的規(guī)定

物理層的主要功能：

1）為數(shù)據(jù)端設(shè)備提供傳送數(shù)據(jù)的通路
數(shù)據(jù)通路可以是一個物理媒體，也可以是多個物理媒體連接而成。一次完整的數(shù)據(jù)傳輸，包括激活物理連接，傳送數(shù)據(jù)，終止物理連接。所謂激活，就是不管有多少物理媒體參與，都要在通信的兩個數(shù)據(jù)終端設(shè)備間連接起來，形成一條通路。
2）傳送數(shù)據(jù)
物理層要形成適合數(shù)據(jù)傳輸需要的實(shí)體，為數(shù)據(jù)傳送服務(wù)，主要包括以下幾點(diǎn)：
一、保證數(shù)據(jù)按位傳輸?shù)恼_性
二、向數(shù)據(jù)鏈路層提供一個透明的位傳輸
三、提供足夠的帶寬(帶寬是指每秒鐘內(nèi)能通過的比特(BIT)數(shù))，以減少信道上的擁塞。傳輸數(shù)據(jù)的方式能滿足點(diǎn)到點(diǎn)，一點(diǎn)到多點(diǎn)，串行或并行，半雙工或全雙工，同步或異步傳輸?shù)男枰?br />完成物理層的一些管理工作，如在數(shù)據(jù)終端設(shè)備、數(shù)據(jù)通信和交換設(shè)備等設(shè)備之間完成對數(shù)據(jù)鏈路的建立、保持和拆除操作

物理層的典型設(shè)備：

光纖、同軸電纜、雙絞線、中繼器和集線器

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總結(jié)

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